區(qū)塊鏈在GIS行業(yè)的應(yīng)用探索

歐陽光

摘? 要：本文首先簡單概述了GIS行業(yè)發(fā)展歷程，分析了GIS行業(yè)目前存在的問題;然后，結(jié)合區(qū)塊鏈技術(shù)的特征，提出了區(qū)塊鏈技術(shù)在解決GIS行業(yè)困境的解決思路;最后，結(jié)合典型的實際應(yīng)用案例，詳細闡述了區(qū)塊鏈在不動產(chǎn)登記、食品運輸和溯源、分布式地圖生態(tài)構(gòu)建等方面的應(yīng)用。未來，隨著區(qū)塊鏈技術(shù)的成熟，區(qū)塊鏈將更多地應(yīng)用于與GIS密切相關(guān)的國土空間規(guī)劃與用途管制、不動產(chǎn)登記與交易、自然資源資產(chǎn)與權(quán)益管理、重要物品物流位置管理、城管執(zhí)法管理等領(lǐng)域，創(chuàng)造新的應(yīng)用價值。

關(guān)鍵詞：區(qū)塊鏈? GIS? 行業(yè)應(yīng)用? 地圖

中圖分類號：TP311.1 ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2021）03（a）-0137-03

Application of Blockchain in GIS Industry

OU Yangguang

（Beijing Beizi Information Engineering Consulting Co.， Ltd.， Beijing， 100123 China）

Abstract： This paper first gives a brief overview of the development process of GIS industry， and analyzes the existing problems of GIS industry; then， combined with the characteristics of blockchain technology， it puts forward the solutions of blockchain technology in solving the difficulties of GIS industry; Finally， combined with typical practical application cases， it elaborates the application of blockchain in real estate registration， food transportation and traceability， and distributed map ecological structure. It is also applied in the construction and other aspects. In the future， with the maturity of blockchain technology， blockchain will be more and more applied to the fields closely related to GIS， such as land space planning and use control， real estate registration and transaction， natural resource assets and rights management， important goods logistics location management， urban management and law enforcement management， etc.， creating new application value.

Key Words： Blockchain;? GIS;? Industry application;? Map

區(qū)塊鏈作為點對點網(wǎng)絡(luò)、密碼學(xué)、共識機制、智能合約等多種技術(shù)的集成創(chuàng)新，開創(chuàng)了一種在不可信的競爭環(huán)境中低成本建立信任的新型計算范式和協(xié)作模式[1]。在2019年10月中共中央政治局的第十八次集體學(xué)習(xí)中，習(xí)近平強調(diào)了要把區(qū)塊鏈作為核心技術(shù)自主創(chuàng)新的重要突破口，加快推動區(qū)塊鏈技術(shù)和產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展。在政策、技術(shù)、市場的多重推動下，區(qū)塊鏈技術(shù)正在加速與GIS行業(yè)的融合，突破原有行業(yè)的桎梏，創(chuàng)新GIS業(yè)務(wù)運作模式和應(yīng)用領(lǐng)域[2]。

1? GIS發(fā)展過程中存在的問題

從GIS技術(shù)引進我國以來，已歷經(jīng)半個世紀的發(fā)展。在應(yīng)用領(lǐng)域上，從僅在測繪、規(guī)劃、國土等GIS強關(guān)聯(lián)部門的應(yīng)用，普及發(fā)展到我國國民經(jīng)濟的各行各業(yè);應(yīng)用主體從政府、企業(yè)的行業(yè)應(yīng)用，發(fā)展到地圖定位導(dǎo)航等與廣大人民的生活緊密相連的個人應(yīng)用;技術(shù)架構(gòu)從桌面GIS發(fā)展到C/S架構(gòu)的局域網(wǎng)GIS，B/S架構(gòu)的WebGIS，到今天的基于原生云架構(gòu)的云化GIS;技術(shù)融合從二維GIS發(fā)展到二三維一體化GIS，從反應(yīng)某一時段的靜態(tài)GIS發(fā)展到物聯(lián)網(wǎng)實時GIS應(yīng)用，從室外GIS發(fā)展到與BIM、VR/AR等技術(shù)融合發(fā)展的室內(nèi)室外GIS一體化[3]。在GIS取得前所未有的巨大發(fā)展成就的同時，也還存在很多的發(fā)展難題和瓶頸，主要體現(xiàn)在以下幾點：

（1） GIS數(shù)據(jù)采集成本高，數(shù)據(jù)不一致現(xiàn)象頻發(fā);（2）GIS數(shù)據(jù)容易被篡改，數(shù)據(jù)的真實性難以保障;（3）GIS數(shù)據(jù)信息孤島嚴重，數(shù)據(jù)融合共享困難;（4）GIS數(shù)據(jù)安全管控弱，數(shù)據(jù)安全性難以保障。

2? 區(qū)塊鏈在GIS行業(yè)的解決思路

對照上述GIS行業(yè)應(yīng)用和發(fā)展中存在的問題，區(qū)塊鏈技術(shù)的數(shù)據(jù)分布式存儲、多方共同維護，防篡改、可追溯，安全性高等特征使之可以在GIS行業(yè)中充分發(fā)揮技術(shù)的優(yōu)勢，解決目前GIS行業(yè)在數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)共享、數(shù)據(jù)安全應(yīng)用等方面的問題[4]。

2.1 區(qū)塊鏈解決GIS數(shù)據(jù)采集問題

對于上述GIS數(shù)據(jù)采集面臨的困境，利用區(qū)塊鏈分布式存儲、共同維護數(shù)據(jù)的特性，采用眾包、物聯(lián)網(wǎng)等方式進行分布式地圖數(shù)據(jù)采集，并結(jié)合token激勵機制，激勵人員一起參與地圖數(shù)據(jù)的采集工作，從而降低GIS數(shù)據(jù)采集成本。另外，基于區(qū)塊鏈技術(shù)的各節(jié)點通過基于數(shù)學(xué)邏輯的共識機制，各節(jié)點自動共同維護數(shù)據(jù)，并在各節(jié)點之間達成一致，可以確保區(qū)塊鏈各節(jié)點的數(shù)據(jù)嚴格同步，不會出現(xiàn)數(shù)據(jù)不一致、數(shù)據(jù)版本沖突等問題[5]。傳統(tǒng)的GIS分布式空間數(shù)據(jù)庫存儲的是特定時刻的最新GIS數(shù)據(jù)，而區(qū)塊鏈存儲的是完整的交易數(shù)據(jù)，包括GIS歷史數(shù)據(jù)、現(xiàn)勢數(shù)據(jù)和日志數(shù)據(jù)，解決了GIS數(shù)據(jù)更新中原數(shù)據(jù)和更新數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)的問題[6]。

2.2 區(qū)塊鏈解決GIS數(shù)據(jù)防篡改問題

基于區(qū)塊鏈技術(shù)的防篡改特征，區(qū)塊鏈上的數(shù)據(jù)是加密后進行傳輸和訪問，就算是被截獲也很難修改具體內(nèi)容;其次，區(qū)塊鏈節(jié)點通過智能合約進行預(yù)設(shè)事件觸發(fā)、自動執(zhí)行，被惡意修改的數(shù)據(jù)必須通過大多數(shù)節(jié)點的驗證和共識才能進行修改;再次，區(qū)塊鏈是對等的分布式網(wǎng)絡(luò)，如果攻擊者想要修改區(qū)塊鏈中的數(shù)據(jù)，必須對區(qū)塊鏈中每個節(jié)點的數(shù)據(jù)進行修改，而這種可能性微乎其微。因此，通過區(qū)塊鏈技術(shù)能保證已在鏈上的GIS數(shù)據(jù)不被篡改，可以更好地維護GIS數(shù)據(jù)的真實性和權(quán)威性。

2.3 區(qū)塊鏈解決GIS數(shù)據(jù)共享問題

區(qū)塊鏈技術(shù)開創(chuàng)了一種在不可信的競爭環(huán)境中低成本建立信任的協(xié)作模式，對提升機構(gòu)運行效率，降低信息交流成本，打破信息孤島有著難以比擬的優(yōu)勢?；趨^(qū)塊鏈技術(shù)構(gòu)建的GIS應(yīng)用系統(tǒng)，參與系統(tǒng)構(gòu)建的各單位都會對應(yīng)一個區(qū)塊鏈節(jié)點，每個節(jié)點都有一個完全相同的數(shù)據(jù)副本，并且通過共識機制使各節(jié)點的數(shù)據(jù)賬本達成一致，從而實現(xiàn)了各部門之間GIS數(shù)據(jù)的共享。此外，針對GIS數(shù)據(jù)共享中存在的數(shù)據(jù)權(quán)屬難以確定，數(shù)據(jù)難以全過程追溯問題，區(qū)塊鏈技術(shù)通過數(shù)字簽名機制實現(xiàn)了身份的防抵賴，通過對交易的查看，可以確認交易者的身份，這就保證GIS數(shù)據(jù)的來源、共享、交換過程都可以追溯到，既可滿足各行政主體對其獲取數(shù)據(jù)權(quán)屬進行認證的需求，也可以實現(xiàn)各主體間高效率數(shù)據(jù)交流的技術(shù)應(yīng)用，重建政府部門之間數(shù)據(jù)共享的互信機制。

2.4 區(qū)塊鏈解決GIS數(shù)據(jù)安全問題

區(qū)塊鏈作為典型的分布式應(yīng)用，多個節(jié)點擁有完整的服務(wù)能力及全量數(shù)據(jù)，部分節(jié)點的異?；蛘邜阂庑袨椴粫绊懻w服務(wù)的可用性和連續(xù)性，解決了傳統(tǒng)C/S、B/S架構(gòu)GIS系統(tǒng)中由于服務(wù)端數(shù)據(jù)被破壞導(dǎo)致的系統(tǒng)崩潰的問題;另外，區(qū)塊鏈技術(shù)防篡改、可追溯的特征，保證了系統(tǒng)中數(shù)據(jù)的真實性和完整性，可以有效防范因內(nèi)外部對服務(wù)端數(shù)據(jù)篡改帶來的安全隱患。

3? 區(qū)塊鏈在GIS行業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域

區(qū)塊鏈技術(shù)結(jié)合GIS行業(yè)和應(yīng)用需求，落地的項目主要是不動產(chǎn)登記、物流運輸跟蹤等業(yè)務(wù)領(lǐng)域，以及構(gòu)建GIS分布式地圖生態(tài)，用于GIS數(shù)據(jù)的分布式采集和地圖服務(wù)等。區(qū)塊鏈在GIS行業(yè)的業(yè)務(wù)應(yīng)用大都以政府業(yè)務(wù)為主，由于對參與的單位有嚴格的身份限制和要求，往往采用聯(lián)盟鏈的部署方式。區(qū)塊鏈在GIS分布式生態(tài)構(gòu)建方面，由于需要公眾或社會機構(gòu)的廣泛參與，以公有鏈構(gòu)建方式為主。下面，將闡述區(qū)塊鏈在不動產(chǎn)登記、食品運輸和溯源、分布式地圖生態(tài)構(gòu)建等方面的具體應(yīng)用情況。

3.1 不動產(chǎn)登記

在保證不改變現(xiàn)有管理方法，不增加業(yè)務(wù)人員操作成本、不改變登記流程的前提下，引入?yún)^(qū)塊鏈技術(shù)，在房產(chǎn)開發(fā)商、房產(chǎn)部門、國土部門、稅務(wù)部門等機構(gòu)之間建立房產(chǎn)登記的聯(lián)盟鏈，由于房產(chǎn)、國土等部門都屬于強GIS應(yīng)用部門，通常具有GIS專業(yè)集群和中心化的GIS空間數(shù)據(jù)庫，并且大都已投入大量資本去采集和構(gòu)建地理空間數(shù)據(jù)，可在已有的基礎(chǔ)上構(gòu)建聯(lián)盟鏈對等節(jié)點。房產(chǎn)登記GIS業(yè)務(wù)系統(tǒng)各個聯(lián)盟節(jié)點將在共享一張底圖的基礎(chǔ)上，將土地歷史登記數(shù)據(jù)上鏈，使土地歷史登記數(shù)據(jù)和“一張圖”的土地圖形數(shù)據(jù)進行整合，搭建包括建設(shè)用地使用權(quán)、房屋等建筑物所有權(quán)等在內(nèi)的十大類不動產(chǎn)權(quán)利的登記管理體系。由于土地歷史登記數(shù)據(jù)一經(jīng)上鏈不可篡改，對數(shù)據(jù)的修改過程和結(jié)果都會被準確記錄，相較傳統(tǒng)共享方式，區(qū)塊鏈的這種包含過程變化的共享數(shù)據(jù)，具有更高的可信度。其次，區(qū)塊鏈采用加密技術(shù)和隱私保護技術(shù)，將不動產(chǎn)權(quán)人信息和不動產(chǎn)信息分離加密保存，保護不動產(chǎn)信息安全和產(chǎn)權(quán)人隱私;查詢?nèi)隧毥?jīng)過簽名機制認證才能獲取授權(quán)，再使用私鑰解密產(chǎn)權(quán)人公鑰加密后的查詢數(shù)據(jù)，有效避免數(shù)據(jù)分享中的隱私泄漏、偷盜篡改、冒用濫用等問題。通過建立聯(lián)盟鏈環(huán)境，給不同節(jié)點賦予不同的合約操作權(quán)限，進而執(zhí)行相應(yīng)的智能合約，實現(xiàn)交易的可溯源、反欺詐和自動執(zhí)行，釋放信任體系的價值。最后，借助區(qū)塊鏈的有效權(quán)責(zé)管理機制，將監(jiān)管人和執(zhí)行人完全隔離，切實發(fā)揮監(jiān)管作用。

區(qū)塊鏈技術(shù)在不動產(chǎn)登記業(yè)務(wù)中的應(yīng)用，可以有效避免人民群眾在辦理不動產(chǎn)登記中的重復(fù)提交資料，在不同政府部門之間來回奔波的問題，大幅提高國土、房產(chǎn)、稅務(wù)等部門在協(xié)同辦理中的工作效率，創(chuàng)新不動產(chǎn)登記業(yè)務(wù)模式和應(yīng)用新生態(tài)。

3.2 食品運輸和追蹤

在食品生產(chǎn)企業(yè)、食品物流提供商、經(jīng)銷商等之間構(gòu)建食品運輸和溯源的聯(lián)盟鏈系統(tǒng)，以部分運輸站點、食品生產(chǎn)企業(yè)等為記賬節(jié)點，記錄食品達到站點時當(dāng)前狀態(tài)下的物流信息，所有運輸站點的信息將每隔一段時間被記賬節(jié)點打包生成一個區(qū)塊存儲上鏈，記錄食品運輸和流轉(zhuǎn)的每一個環(huán)節(jié)。由于使用分布式存儲和共識技術(shù)，區(qū)塊鏈上所有合作伙伴都知道這一事實，這讓協(xié)作各方都能輕松的核實信息來源;食品供應(yīng)鏈上的每個環(huán)節(jié)，都能清楚的看到食品運輸情況，供應(yīng)鏈上出問題的環(huán)節(jié)也將原形畢露，因為節(jié)點只能篡改自己本地的信息，無法對整個區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)進行更改，從而方便了進行責(zé)任追究;基于區(qū)塊鏈的可追溯特性，相關(guān)方如果擅自修改某節(jié)點服務(wù)器上的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)一旦修改就會立刻同步到包括監(jiān)管方在內(nèi)的所有節(jié)點，可以快速檢測和追溯到數(shù)據(jù)被篡改的問題。

3.3 分布式地圖生態(tài)構(gòu)建

GoWithMi（高維地球）通過綜合應(yīng)用區(qū)塊鏈技術(shù)、GIS技術(shù)和邊緣技術(shù)計算等，使得GIS地圖的使用、更新和維護可以由任何人（節(jié)點）發(fā)起并自治執(zhí)行，全部過程不依賴任何中心化機構(gòu)。針對GIS數(shù)據(jù)的采集，GoWithMi（高維地球）設(shè)計出一款“空間數(shù)據(jù)礦機”的終端產(chǎn)品，使用者將“空間數(shù)據(jù)礦機”固定在車上后，設(shè)備自帶攝像頭和AI芯片將自動識別沿途的交通指示牌、車道線、路口轉(zhuǎn)彎線等POI空間數(shù)據(jù)，并使單地圖數(shù)據(jù)采集時間由十幾分鐘（純?nèi)斯?shù)據(jù)采集）變成十幾毫秒，極大地加速了數(shù)據(jù)采集過程。為了激勵企業(yè)、機構(gòu)或個人積極參與GIS數(shù)據(jù)的采集和更新，GoWithMi（高維地球）建立了基于數(shù)字貨幣的獎勵系統(tǒng)，節(jié)點（用戶）參與GIS數(shù)據(jù)采集和更新將獲得數(shù)字幣（創(chuàng)建者將得到數(shù)據(jù)采集更新所獎勵數(shù)字幣的60%），下載GIS數(shù)據(jù)消費數(shù)字幣，GIS數(shù)據(jù)瀏覽免費。為了保證平臺中數(shù)據(jù)的質(zhì)量，系統(tǒng)對平臺中的數(shù)據(jù)采集和更新采用區(qū)塊鏈的數(shù)據(jù)審核驗證和確認機制，初步審閱者和最終審閱者將分別得到數(shù)據(jù)采集更新所獎勵數(shù)字幣的15%和25%。

4? 結(jié)語

目前，區(qū)塊鏈在GIS行業(yè)的應(yīng)用探索階段，由于區(qū)塊鏈技術(shù)在系統(tǒng)性能、隱私保護、區(qū)塊鏈間的互操作、應(yīng)用安全性等方面都存在諸多不足，以及GIS數(shù)據(jù)本身的敏感性，導(dǎo)致區(qū)塊鏈在GIS行業(yè)的商業(yè)化應(yīng)用和落地比較困難。未來，隨著區(qū)塊鏈技術(shù)的成熟，區(qū)塊鏈將更多的應(yīng)用于與GIS密切相關(guān)的國土空間規(guī)劃與用途管制、不動產(chǎn)登記與交易、自然資源資產(chǎn)與權(quán)益管理等、重要物品物流位置管理、城管執(zhí)法管理等領(lǐng)域，創(chuàng)造新的應(yīng)用價值。

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